JP2552349B2 - 画像信号圧縮符号化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は画像信号圧縮符号化装置に関し、特に、圧縮
符号化された画像のデータ量を一定とする画像信号圧縮
符号化装置に関する。

背景技術 電子スチルカメラにより撮影された画像データのよう
なディジタル画像データをメモリに記憶する場合には、
データ量を減らしてメモリの記憶容量を少なくするた
め、各種の圧縮符号化が行われている。特に２次元直交
変換符号化は、大きな圧縮率で符号化を行うことがで
き、かつ符号化に伴い画像歪も抑圧できることから、広
く用いられている。

このような２次元直交変換符号化においては、画像デ
ータは所定の数のブロックに分割され、それぞれのブロ
ック内の画像データが２次元直交変換される。直交変換
さた画像データ、すなわち変換係数は、所定の閾値と比
較され、閾値以下の部分の切り捨て（係数切り捨て）が
行われる。これにより閾値以下の変換係数は、その後、
０のデータとして処理される。次に係数切り捨てが行わ
れた変換係数は、所定の量子化ステップ値、すなわち正
規化係数により除算され、ステップ幅による量子化、す
なわち正規化が行われる。これにより、変換係数の値、
すなわち振幅のダイナミックレンジを抑圧することがで
きる。

このような２次元直交交換符号化において、上記の正
規化係数を一定の値として正規化を行い符号化した場合
には、画像データによって、符号化されたデータ量が異
なり、メモリへの記録に不便であった。

すなわち、一定の正規化係数を用いて正規化し符号化
を行った場合には、高域周波数成分を多く含む画像デー
タは符号化されたデータ量が多くなり、低域周波数成分
を多く含む画像データは符号化されたデータ量が少なく
なる。このような符号化されたデータ量の差は５〜10倍
にも達することがあるため、一定の容量のメモリに記録
する場合に不都合であった。

そこで例えば、分割されたブロックごとに高域周波数
数分が含まれる程度、いわゆるアクティビティを算出
し、これに基づいて各ブロックごとに変換係数を設定す
ることが行われている。しかし、このようにブロックご
とに変換係数を変化させて圧縮条件を変える場合には、
ブロックごとに画質が異なるため、画質が不安定となる
欠点がある。また、ブロックごとに変換係数の計算を要
する欠点がある。

目 的 本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、２次元
直交変換後の正規化において、圧縮される画像に応じた
正規化係数を用い、符号化された画像データ量が一定と
なる画像信号圧縮符号化装置を提供することを目的とす
る。

発明の開示 本発明によれば、１つの画面を構成するディジタル画
像データを複数のブロックに分割して各ブロックの画像
データについて２次元直交変換符号化を行う画像信号圧
縮符号化装置は、複数のブロックに分割されたデジタル
画像データを２次元直交交換する直交変換手段と、直交
変換手段により直交交換されたデータを正規化する正規
化手段と、正規化手段により正規化されたデータを符号
化する符号化手段と、分割されたブロックごとの画像デ
ータのアクティビティを算出するブロックアクティビテ
ィ算出手段と、ブロックアクティビティ算出手段により
算出されたブロックごとのオアクティビティを加算する
アクティビティ加算手段と、アクティビティ加算手段に
より得られたアクティビティの合計値に応じて正規化係
数を設定する正規化係数設定手段とを有し、正規化手段
は、正規化係数設定手段によりブロックごとのアクティ
ビティの合計値に応じて設定された正規化係数を用いて
正規化を行うものである。

実施例の説明 次に添付図面を参照して本発明による画像信号圧縮符
号化装置の実施例を詳細に説明する。

第１図には本発明による画像信号圧縮符号化装置の一
実施例が示されている。

本装置はブロック化部12を有する。ブロック化部12は
フレームバッファにより構成され、電子スチルカメラに
より撮像された１フレーム分のスチル画像データが入力
端子10を通して入力され、記憶される。ブロック化部12
に記憶された１フレーム分の画像データは複数のブロッ
クに分割されてブロックごとに読み出され、２次元直交
変換部14に送られる。２次元直交変換部14はブロックご
との画像データを２次元直交変換する。２次元直交変換
としては、ディスクリートコサイン変換、アダマール変
換等の周知の直交変換が用いられる。

２次元直交変換部14において２次元直交変換されたブ
ロックごとの画像データは縦横に配列され、左上の部分
に低次のデータが配列され、右下の方向に向かうにつれ
て高次のデータとなる。２次元直交変換部14の出力は正
規化部16に送られる。

正規化部16は、２次元直交変換部14において２次元直
交変換された画像データ、すなわち変換係数に対して係
数切り捨てを行った後、正規化を行う。係数切り捨て
は、直交変換された変換係数を所定の閾値と比較し、閾
値以下の部分を切り捨てるものである。正規化は、係数
切り捨てを行われた変換係数を所定の量子化ステップ
値、すなわち正規係数αにより除算し、正規化係数αに
よる量子化を行うものである。正規化係数αは、後述す
るように、ブロックごとのアクティビティを合計した値
に基づき、ルックアップテーブルから求められる。

ブロック化部12から出力されるブロックごとの画像デ
ータは、ブロックアクティビティ算出部20にも送られ
る。ブロックアクティビティ算出部20は、ブロックごと
のアクティビティ、すなわちそのブロックに高域周波数
成分の画像データが含まれている程度を算出する。

ブロックごとのアクティビティACT（i,j）の算出は、
分割されたブロックが例えば第２図または第６図に示す
ように8x8の画素で構成されている場合に、画素データ
をXijとすると（ここで、i,j＝０…７）式 により算出される。ここで、 である。

すなわちこの式によれば、ブロックを構成する8x8の
画素のデータの平均値DC（i,j）を求め、各画素データ
と平均値DC（i,j）との差の絶対値を加算してアクティ
ビティACTを求める。

上記の式によってアクティビティを求める場合に、DC
（i,j）は各画素データの加算および加算されたデータ
を64で除算することにより得られるから、加算器とデー
タのシフトのみにより構成できる。また、ACT（i,j）は
得られたDC（i,j）を用いて絶対値化回路と加算器によ
って求められる。したがって、アクティビティの算出に
おいては乗算器および除算器を必要としない。

ブロックごとのアクティビティの算出は、例えば第３
図に示すようにブロックを４つのサブブロックに分割
し、各サブブロックのアクティビティを合計することに
より求めてもよい。この場合には、ブロックのアクティ
ビティACT（i,j）は次の式によって求められる。

この式において、第１項〜第４項はそれぞれ、サブブ
ロック１〜４を構成する画像データに高域周波数成分が
含まれている程度を表している。例えば上式の第１項は
サブブロック１を構成する各画像データとサブブロック
１内の画像データの平均値との差の絶対値の和である。
これはサブブロック１内に含まれる高域周波数成分の程
度を表している。

このようにサブブロックに分割し、各サブブロックご
とに高域周波数成分が含まれている程度の求め、これを
加算することによってブロックのアクティビティを正確
に算出することができる。すなわちブロック全体として
でなく、各サブブロック内ごとに高域周波数成分の程度
を算出するから、ブロックのアクティビティをより正確
に算出できる。

このようなアクティビティの算出においても、上記の
ブロック全体アクティビティの算出と同様に、乗算器お
よび除算器を必要としない。

ブロックごとのアクティビティの算出は、第4A図〜第
4C図に示すようなフィルタを用いて行ってもよい。

これらのフィルタ80を第５図に示すようにブロックの
左上方から矢印の方向に順次に移動させ、フィルタ80か
ら出力される画素データの値を合計すると、ブロックの
アクティビティが得られる。例えば、第4A図のフィルタ
80をブロックの左上端に位置させた場合には、第６図の
画素Xi＋1,j＋１に８を乗算した値、X i,j、X i＋1,j、
X i＋2,j、X i,j＋１、X i＋2,j＋１、X i,j＋２、X i
＋1,j＋２、X i＋2,j＋２に−１を乗算した値が出力さ
れ、これらの値が合計される。これらの９個の画素デー
タの値が同一である場合、すなわち画素に変化がなく、
直流成分である場合には、フィルタ80から出力される９
個の画素データの合計値は０となる。したがって、この
ようなフィルタ80を移動させてブロックを走査し、出力
値を合計すれば、ブロックのアクティビティが得られ
る。アクティビティを求める場合の強調すべき周波数成
分に応じて、例えば第4A〜4C図のフィルタを選択すれば
よい。

このアクティビティの算出においても、乗算器および
除算器を必要としない。

上記のようにして、ブロックアクティビティ算出部20
はブロックごとのアクティビティを算出し、加算器26へ
出力する。加算器26はブロックアクティビティ算出部20
から送られるブロックごとのアクティビティを加算し、
アクティビティの合計値を算出する。加算器26はアクテ
ィビティの合計値を正規化係数設定部22へ出力する。

正規化係数設定部22は加算器26から入力されるアクテ
ィビティの合計値に応じて正規化係数を設定する。正規
化係数の設定は例えば図示しない記憶部に記憶されたル
ックアップテーブルを用いて、第7A図および第7B図に示
すような変換により行われる。第7A図に示す変換によれ
ば、アクティビティの合計値に比例して正規化係数が変
化する。第7B図に示す変換は、アクティビティの合計の
増加に対して正規化係数の増加が少ないものであり、高
精度の符号化を行うことができる。正規化係数設定部22
はこのように設定した正規化係数を正規化部16へ出力す
る。

正規化部16は正規化係数設定部22から送られる正規化
係数を用いて正規化を行う。すなわち、ブロックごとの
画像データを正規化係数によって除算する。正規化に用
いられる正規化係数は、上記のようにブロックごとのア
クティビティを合計した値に基づいて設定されるから、
画像全体、すなわちすべてのブロックについて共通であ
る。

なお、この正規化は、係数切り捨てを行われた変換係
数を選択された１つの正規化係数の値αによって除算す
ることに変えて、第８図に示すように重みテーブルＴに
格納されたデータと正規化係数αとを合わせて用いても
よい。変換係数は低域成分がデータとして重要であり、
高域の成分は重要性が低いから、第８図に示すような重
みテーブルＴは、低域成分のデータを重視し、高域成分
のデータを切り捨てるように、データが割り当てられ、
後述のように、重みデーブルＴのデータに前記の正規化
係数αを乗算して得た値α・Ｔにより、前記の係数切り
捨てを行われた変換係数を除算することによって正規化
を行う。

なお、前記正規係数αまたはα・Ｔによって変換係数
を除算し、正規化を行う場合に、あらかじめ1/αまたは
1/（α・Ｔ）を求め、この値を変換係数に乗算するよう
にするえば、除算器を少なくすることができるため、装
置の規模を小さくすることができる。

正規化された変換係数は第２図に示す画素データと同
様にブロック状に配列され、第９図に示されるように低
域成分から順にジクザク状にスキャンされて出力され
る。

正規化部16の出力は、２次元ハフマン符号化部28に出
力される。２次元ハフマン符号化部28は、前記のように
ジグザク状にスキャンされて入力される正規化された変
換係数において零が連続することが多いため、零の値の
データの連続する量すなわち零のラン長を検出し、零の
ラン等および非零の振幅を求め、これを２次元ハフマン
符号化する。２次元ハフマン符号化部28からの出力はマ
ルチプレクサ64に送られる。

一方、正規化係数設定部22からの出力もマルチプレク
サ64へ出力される。

マルチプレクサ64は、２次元ハフマン符号化部28から
の入力および正規化係数設定部22からの入力を順次選択
し、出力端子32へ出力される。これにより圧縮符号化さ
れた画像データと正規化係数のデータが出力端子32へ送
られる。出力端子32へ送られたデータは、図示しない伝
送路へ伝送され、または磁気ディスク等の記録媒体に記
録される。

本装置によれば、上記のようにブロックごとに算出し
たアクティビティの合計値を求め、これに基づいて正規
化係数を設定して正規化を行う。したがって画像全体の
周波数成分に応じた正規化係数で正規化することができ
る。しかも正規化係数は、符号化された画像データが一
定の量となるように設定されるから圧縮符号された画像
データが一定量となるため、メモリに記憶する場合に好
都合である。

また、ブロックごとに正規化係数を設定して正規化す
る場合のように、再生された画質が不安定となることも
ない。

さらに、ブロックごとのアクティビティの算出および
その合計値の算出は、加算器とデータのシフト手段のみ
の線形回路によって実現でき、乗算器および除算器を使
用する必要がないため、装置を簡易な構成とすることが
できる。また画像データからアクティビティを算出する
か、直交変換後のデータからアクティビティを算出する
場合のように直交変換後のデータを蓄積するバッファを
必要としない。なお、アクティビティの合計値から正規
化係数を求めるルックアップテーブルは圧縮符号化され
たデータ量が一定となるような種々のものを選択するこ
とができる。また、ルックアップテーブルを用いずに、
例えばアクティビティの合計値から所定の演算によって
正規化係数を求めるようにしてもよい。

また、正規化係数のデータも符号化された画像データ
とともに出力されるから、再生装置においてはこの正規
化係数を用いて複号を行うことができる。

第10図には本発明による画像信号圧縮符号化装置の他
の実施例が示されている。

この装置においては、正規化係数設定部22はα設定部
40と、重みテーブル選択部42とを有する。α設定部40
は、加算器26から入力されるアクティビティの合計値、
すなわち総アクティビティに応じて前記の第１図の装置
と同様に正規化係数αを設定する。重みテーブル選択部
42はスイッチ44を制御することにより、２種類の重みテ
ーブルT1 46およびT2 48のいずれかを乗算器50へ出力さ
せる。重みテーブル選択部42は加算器26から入力される
総アクティビティに応じてこれらの重みテーブルT1 46
またはT2 48のいずれかを選択する。

重みテーブルT1 46およびT2 48は、第８図に示すよう
なテーブルデータであり、各ブロックに分割された画像
データを正規化する場合の重みを与えるデータである。
すなわち分割されたブロックが例えば64個の画素によっ
て構成されている場合には、重みテーブルはこれに対応
する64個のデータによって構成され、前記の正規化係数
αと乗算されて正規化に使用されることにより、周波数
成分ごとに異なる重みを与えるものである。

重みテーブルT1およびT2は、それぞれ総アクティビテ
ィの低い画像、総アクティビティの高い画像の正規化に
使用されるテーブルであり、第11A図、第11B図に示すよ
うに、周波数成分に応じて重みが変化するデータが格納
されている。重みテーブルT1は第11A図に示されるよう
に、周波数成分の変化に応じて重みが徐々に変化するよ
うに、設定されている。重みテーブルT2は第11B図に示
すように設定さ、第11A図に示す重みテーブルT1と比較
して、高域周波数成分の重みが大きくなように設定され
ている。したがって、重みテーブルT2を用いた場合に
は、高域周波数成分に対して大きな値が割り当てられる
から、この値によって正規化が行われることにより、高
域周波数成分の変換係数が大きな値で除算されることに
なり、重みテーブルT1と比較して高域のデータが切り捨
てられ、圧縮される。

重みテーブル選択部42は、加算器26から入力された総
アクティビティが低い場合には重みテーブルT1を選択
し、総アクティビティが高い場合には重みテーブルT2を
選択する。

α設定部40において設定された正規化係数αおよび重
みテーブル選択部42より選択された重みテーブルのデー
タは乗算器50に送られる。乗算器50はこれらの正規化係
数αおよび重みテーブルデータＴを乗算してデータαＴ
を作成し、これを正規化部16へ出力する。正規化部16は
２次元直交変換部から送られた変換係数を、正規化係数
設定部22から送られたデータαＴによって除算し、正規
化を行う。

この実施例においても、前記正規化係数α・Ｔによっ
て変換係数を除算し正規化を行う場合に、あらかじめ1/
（ａ・Ｔ）を求め、この値を変換係数に乗算するように
すれば、除算器を少なくすることができるため、装置の
規模を小さくすることができる。

正規化係数設定部22はまた、乗算器50から前記のデー
タαＴをマルチプレクサ64へ出力する。マルチプレクサ
64は２次元ハフマン符号化部28から送られた符号化デー
タと、正規化係数設定部22から送られたデータαＴを順
次選択し、コネクタ52を介してメモリカートリッジ54に
出力す。メモリカートリッジ54は、着脱自在にコネクタ
52に装着され、符号化された画像データと前記の正規化
に使用されたデータαＴを記録する。

この装置のその他の動作は第１図の装置と同様である
ので説明を省略する。

本装置によれば、総アクティビティの値に応じて重み
テーブルT1またはT2を選択し、いずれかの重みテーブル
を使用して正規化を行っているから、高域周波数成分の
多い画像は高域部分をより大きく圧縮して正規化を行う
ことができる。したがって、画像の絵柄に応じて適切な
正規化を行うことができる。また正規化に使用されたデ
ータを画像データと合わせてメモリカートリッジ54に記
録するから、再生時にこのデータを使用することができ
る。

なお、使用される重みテーブルは、上記の実施例のよ
うに２種類に限られないことはいうまでもない。

効 果 本発明によれば、圧縮符号化装置は、直交変換後の正
規化においてブロックアクティビティの合計値から正規
化係数を設定し正規化を行っている。したがって、画像
の周波数成分に応じた圧縮符号化を行うことができると
ともに、符号化されたデータ量を一定とすることができ
る。また、画像全体を同一の正規化係数で正規化するか
ら、再生画像も安定する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による画像信号圧縮符号化装置の一実
施例を示すブロック図、 第２図は、ブロックを構成する画素データの例を示す
図、 第３図は、ブロックのサブブロックへの分割を示す図、 第4A図〜第4C図はアクティビティの算出に使用されるフ
ィルタの例を示す図、 第５図は、フィルタによるアクティビティの算出方法を
示す図、 第６図は、ブロックを構成する画素データの例を示す
図、 第7A図および第7B図は、アクティビティの合計値を正規
化係数に変換するルックアップテーブルの例を示す図、 第８図は、重みテーブルデータの例を示す図、 第９図は、ランレングスおよび非零の振幅の符号化を行
う順序を示す図、 第10図は、本発明による画像信号圧縮符号化装置の他の
実施例を示すブロック図、 第11A図および第11B図は、第10図の装置の重みテーブル
T1およびT2のデータの重みをそれぞれ示す図である。 主要部分の符号の説明 14……２次元直交変換部 16……正規化部 20……ブロックアクティビティ算出部 22……正規化係数設定部 26……加算器 40……α設定部 42……重みテーブル選択部 50……乗算器 64……マルチプレクサ

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１つの画面を構成するディジタル画像デー
   タを複数のブロックに分割して各ブロックの画像データ
   について２次元直交変換符号化を行う画像信号圧縮符号
   化装置において、該装置は、 前記福数のブロックに分割されたデジタル画像データの
   ２次元直交交換する直交交換手段と、 該直交変換手段により直交変換されたデータを正規化す
   る正規化手段と、 該正規化手段により正規化されたデータを符号化する符
   号化手段と、 前記分割されたブロックごとの画像データのアクティビ
   ティを算出するブロックアクティビティ算出手段と、 該ブロックアクティビティ算出手段により算出されたブ
   ロックごとのアクティビティを加算するアクティビティ
   加算手段と、 該アクティビティ加算手段により得られたアクティビテ
   ィの合計値に応じて正規化係数を設定する正規化係数設
   定手段とを有し、 前記正規化手段は、前記正規化係数設定手段によりブロ
   ックごとのアクティビティの合計値に応じて設定された
   正規化係数を用いて正規化を行うことを特徴とする画像
   信号圧縮符号化装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の装置において、 前記ブロックアクティビティ算出手段は、前記ブロック
   を構成する各デジタル画像データとこれらの画像データ
   の平均値との差の絶対値を加算することによって前記ブ
   ロックのアクティビティを算出することを特徴とする画
   像信号圧縮符号化装置。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の装置において、 前記ブロックアクティビティ算出手段は、前記ブロック
   を複数のサブブロックに分割し、該サブブロックごとに
   アクティビティを算出した後、これらのサブブロックご
   とにアクティビティを加算することにより、前記ブロッ
   クのアクティビティを算出することを特徴とする画像信
   号圧縮符号化装置。
4. 【請求項４】請求項１に記載の装置において、 前記ブロックアクティビティ算出手段は、前記ブロック
   を構成する画素データをフィルタを遠して出力し、出力
   されたデータを合計することによって前記ブロックのア
   クティビティを算出することを特徴とする画像信号圧縮
   符号化装置。
5. 【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載の装置
   において、 前記正規化係数設定手段は、前記アクティビティの合計
   値を前記正規化係数に交換するルックアップテーブルを
   含むことを特徴とする画像信号圧縮符号化装置。
6. 【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載の装置
   において、 前記正規化係数設定手段は、前記アクティビティの合計
   値に応じて係数を設定する手段と、前記アクティビティ
   の合計値に応じて重みテーブルを選択する手段とを有
   し、前記設定された係数と選択された重みテーブルとを
   乗算した値を前記正規化係数として設定することを特徴
   とする画像信号圧縮符号化装置。